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磁粉检测Ⅱ级郭黎群2014.05.101绪论磁现象：指南针；1820年丹麦奥斯特发现电流周围存在磁场；法国安培、毕奥、萨伐尔对其分布研究，得出了一般规律；英国法拉第首创了磁感应线的概念。1922年美国人霍克（Hoke）提出MT的设想，前苏联的瑞加德罗在二十世纪五十年代制订的磁化规范成为现今世界各国的原版基础。MT技术已广泛应用于航空、航天、机械工业、兵器、船舶、电力、火车、汽车、石油、化工等领域。1.1.1磁粉检测的发展简史1.1磁粉检测发展史和现状A、国外设备系列化、商品化和智能化；B、我国设备三相全波直流探伤超低频退磁；剩磁法用断电相位控制器；光电扫描图像识别；C、辅助设备:黑光灯的黑光辐照度；D、器材：试片和试块，采用低粘度、高闪点的煤油做载液；E、工艺：橡胶铸型法检测小孔内壁疲劳裂纹；F、质量控制：检测灵敏度和检测可靠性。1.1.2磁粉检测的现状1.1磁粉检测发展史和现状漏磁场：铁磁性材料工件被磁化后，在不连续处或磁路截面变化处，磁感应线离开和进入工件表面而形成的磁场。不连续性：工件正常组织结构或外形的任何间断，这种间断可能会也可能不会影响工件的使用性能。缺陷：影响工件使用性能的不连续性。磁粉检测：利用漏磁场吸附磁粉形成的磁痕来显示不连续性的位置、大小、形状和严重程度。检测元件检测：利用磁带、霍尔元件、磁敏二接管或感应线圈作为传感器，检测不连续性处漏磁场的位置、大小和方向。1.2漏磁场检测分类铁磁性材料工件被磁化后，由于不连续的存在，使工件表面和近表面的磁力线发生局部畸变而产生漏磁场，吸附施加在工件表面的磁粉，在合适的光照下形成目视可见的磁痕，从而显示出不连续的位置、大小、形状和严重程度。磁粉检测原理（1）磁粉检测基本原理(理解)1.2漏磁场检测分类1)适用于铁磁性材料（如16MnR、20g、30CrMnSiA）表面和近表面尺寸很小，间隙极窄（可检测出长0.1mm，宽为微米级的裂纹）和目视难以看出的缺陷。2)不适用奥氏体不锈钢（如1Cr18Ni9Ti,0Cr18Ni9Ti,304,316,316L等）材料和焊缝，也不适用铜、铝、镁、钛（Cµ、Al、Mg、Ti）。但马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢材料（如1Cr13、2Cr13、1Cr17Ni7）具有磁性，可MT。（2）磁粉检测适用范围(理解)1.2漏磁场检测分类3)适用于检测未加工的原材料、加工的半成品、成品以及在役或使用过的工件及承压设备。4)适用于检测管材、板材、棒材、型材、铸钢、锻钢及焊接件。5)适用于检测工件表面和近表面裂纹、气孔、夹杂、发纹、白点、折叠、冷隔和疏松等缺陷，对表面浅而宽的划伤、埋藏较深的孔洞和与工件表面夹角20º的分层及折叠难以发现。（2）磁粉检测适用范围(理解)1.2漏磁场检测分类1）预处理2）磁化3）施加磁粉或磁悬液4）磁痕的观察和记录5）缺陷评级6）退磁7）后处理（3）检测程序(理解)1.2漏磁场检测分类a.可检测出铁磁性材料表面和近表面（开口和不开口）的缺陷。b.能直观地显示出缺陷的位置、形状、大小和严重程度、可大致定性（缺陷类别）c.具有很高的检测灵敏度，可检测微米级宽度的缺陷。d.单个工件检测速度快，工艺简单，成本低廉，污染少。e.采用合适的磁化方法，几乎可以检测到工件表面的各个部位，基本上不受工件形状、大小的限制。f.缺陷检测重复性好。g.可检测受腐蚀的表面。（3）优点(理解)1.2漏磁场检测分类a.只适用于铁磁性材料，不能检测奥氏体不锈钢材料和奥氏体不锈钢焊缝及其他非铁磁性材料。b.只能检测表面和近表面（1~2mm）的缺陷，不能检测内部缺陷。c.检测时灵敏度与磁化方向有很大关系，若缺陷方向与磁化方向近似平行或缺陷与工件表面夹角小于20º，缺陷就难以发现。另外，表面浅而宽的划伤，锻造皱折也不易发现。d.受几何形状影响，易产生非相关显示。e.用直接通电法和触头法磁化时，易产生电弧、烧伤工件。f.部分磁化后具有较大剩磁的工件需进行退磁处理。（3）缺点(理解)1.2漏磁场检测分类磁粉检测对铁磁性材料工件的表面和近表面缺陷有较高的检测灵敏度，可发现微米级宽度的小缺陷，所以承压设备对铁磁性材料工件的表面和近表面缺陷的检测宜优先选择磁粉检测，确因结构原因，方可使用渗透检测或涡流检测。1.3表面无损检测方法的比较2磁粉检测的物理基础2.1.1磁的基本现象1磁体具有磁性的物体2磁化从不带磁到带磁3磁性材料能被磁化的材料4磁极磁性最强的区域5磁力吸引或排斥的力6磁场磁力作用的空间7磁力线及特性磁粉检测原理2.1磁现象和磁场磁场是磁力作用的空间，磁场存在于被磁化物体或通电导体的内部和周围。磁体间的相互作用是通过磁场来实现，它是由运动电荷形成的。磁场的特征是对运动电荷具有作用力，在磁场变化的同时也产生电场。形象地表示磁场的大小、方向和分布，我们用假想的磁力线来反映磁场中的各点的磁场强度和方向。小磁针的N极指向代表磁场方向，单位面积上的磁力线数目与磁场大小成正比。因而在磁极附近的磁力线特别密而多。2.1.2磁场与磁感应线磁感应线具有以下特性：1)磁感应线在磁体外，是由N极出发穿过空气进入S极，在磁体内由S极到N极的闭合线，并力求沿最短路径闭合。2)磁感应线互不相交。3)磁感应线可描述磁场的大小和方向。4)磁感应线沿磁阻最小路径通过。2.1.2磁场与磁感应线1、圆周磁场马蹄形磁铁具有N极和S极，两极能吸引铁磁性材料。将上述磁铁弯曲，使两极靠的很近，磁极间距变小，磁感应线离开磁极N,穿过空气进入S极，产生漏磁场，吸附磁粉。将磁体两端再弯曲，熔合成一圆环，磁极内既无磁极又不产生漏磁场。若已周向磁化的零件存在于磁感应线垂直的裂纹，则在裂纹两侧立即产生N极和S极，形成漏磁场。2.1.2磁场与磁感应线2、纵向磁场如果将马蹄形磁铁校直为条形磁体，则两端为N极和S极，条形磁体的两极能强烈地吸附磁粉，说明该条形磁铁已被纵向磁化。如果磁感应线被不连续性或裂纹阻断而在两侧形成N极和S极，则会产生漏磁场。2.1.2磁场与磁感应线1、磁感应强度（理解）通电导体周围存在磁场，这种现象称为电流的磁感应或磁效应现象。磁场方向大家初中物理都学过，用右手定则即右手握住导体，拇指指向电流方向，四指卷曲的方向就是磁场方向。磁感应强度的国际单位单位定为特斯拉(N/A·m)在任何磁场中，每条磁感应线都是闭合线，磁场较强的地方，磁感应线较密；反之，磁感应线较疏。2.1.3真空中的恒定磁场2、磁通量（理解）磁通量是垂直穿过某一截面的总磁感应线。用符号Φ表示。我们知道在同一磁场的图示中，磁感应线越密的地方，也就是穿过单位面积的磁感应线条数越多的地方,穿过这个面的磁感应线净条数就越多，磁通量就越大。过一个平面若有方向相反的两个磁通量，这时的合磁通为相反方向磁通量的代数和。上述为高斯定理。磁通量的单位Wb(SI)Mx(CGS)。2.1.3真空中的恒定磁场在恒磁场中，在垂直于导线的平面内任意作一包围电流的闭合曲线L，该曲线上任一点的磁感应强度如下：这个结论称为安培环路定理。（掌握）2.1.3真空中的恒定磁场IdlB0磁通密度是通过垂直于磁场方向的单位面积的磁通量，用符号B表示。B=Φ/S。将原先无磁性的物体放入磁场内得到磁性的过程称为磁化。原有的磁场加上附加磁场（物质磁化后自身产生的磁场）后的总磁场，我们叫磁感应强度。磁感应强度也被称为磁通密度。SI制B的单位为韦/米²Wb/m²，称为特斯拉（T），在CGS制中单位是高斯Gs,1T=10000Gs.磁通密度与磁感应强度(理解)1、磁介质（理解）能影响磁场的物质叫磁介质。在真空中的磁感应强度为B0放入磁介质后，磁化了的磁介质激发附加磁感应强度B’，任一点总的磁感应强度B为两者的矢量和。①顺磁质μr略大于1弱磁性(铝、铬、锰)非磁性材料②抗磁质μr略小于1弱磁性（金、银、铜）③铁磁质μr远大于1强磁性铁磁性材料（铁、镍、钴）在工程上，习惯将铁磁性材料称为磁性物质，抗磁与顺磁均为非磁性物质。2.1.4磁介质中的磁场前述空间中的任一点磁感应强度B等于导线中的电流所激发的磁场与磁介质磁化后束缚电流所激发附加磁场的矢量和，此时安培环路定理应为：H为磁场强度单位为安每米。该式为有磁介质时的安培环路定理，表面H矢量的环流只与励磁电流有关，与被磁化的物质无关。3、磁场强度IdlHMBHIdlMBdlMIdlBIIdlBs0000)()()(磁化强度M不仅和磁介质的性质有关，也和磁介质所处的磁场有关绝对磁导率是磁感应强度与磁场强度的比值。μ=B/H它表示了材料磁化的难易程度，反映了物质被磁化的能力。SI单位是亨每米（H/m）。磁导率不是常数，而是随磁场大小不同而改变的变量，有最大值和最小值。3、磁场强度为绝对磁导率）为相对磁导率为物质的磁化率()1()1()(0rr0m00HHBHBHMMHBrmmm在真空中，真空磁导率是不变的恒定值，用μ0表示，是4π×107H/m，在CGS制中μ0=1.为了比较各种材料的导磁能力，把任一种材料的磁导率和真空磁导率的比值，叫做相对磁导率（μr）。为纯数，无单位。所有顺磁材料、抗磁材料μr几乎等于1；铁磁性材料的磁导率、相对磁导率和磁化率也都不是常数。磁感应线上任一点的切线方向与该点H矢量方向相同，磁感应线的疏密程度代表H矢量的大小。3磁导率2.2.1磁畴铁磁性材料内部相邻原子中的电子间存在非常强的交换耦合作用，使相邻原子中电子磁矩平行排列，并形成自发磁化的小区域，体积10-5cm3.1)无外加磁场时，磁矩方向相互抵消；2)有外加磁场时，磁矩转动，畴壁位移，使磁矩与外加磁场一致。3)去掉外加磁场，磁畴局部转动，保留一定剩磁。铁磁性材料的磁畴方向a）不显示磁性；b）磁化c）保留一定剩磁2.2铁磁性材料2.2.1磁畴（了解）永久磁铁中的磁畴，在一个方向上占优势，故而形成N极和S极，能显示很强的磁性。在高温状况下，磁体中分子热运动会破坏磁畴的有规则排列，使磁性消弱。超过某一温度后，磁性全部消失而呈现顺磁性，实现了材料的退磁，此临界温度称为居里温度。从居里点以上高温冷却下来时，只要没有外磁场的影响，材料仍处于退磁状态。2.2铁磁性材料2.2.2磁化过程（了解）2.2铁磁性材料初始磁化曲线是表征铁磁性材料磁特性的曲线，用以表示M-H或B-H的关系。将环形工件绕上一定匝数的线圈，线圈经过换向开关K和可变电阻器R接到直流电源上，通过测量线圈的电流I，计算材料内部的H；用磁通计测量穿过工件横截面的磁通量，从而计算出磁感应强度B，还可求出磁化强度M，绘成初始磁化曲线。2.2.3磁特性曲线初始磁化曲线是表征铁磁性材料磁特性的曲线，用以表示M-H或B-H的关系。（1）oa段称为起始阶段：当H增加时，B不能立即上升很快，曲线较平缓。这时的磁化过程是可逆的；（2）ab段为急剧磁化阶段：H增加时B增加得很快，材料得到急剧磁化，这个阶段是不可逆的；（3）bc段为近饱和磁化阶段，在这一阶段H增加时B增加又缓慢下来；（4）过了m点为饱和阶段，由于所有的磁畴几乎都转向H方向，H增加时，B几乎不再增加，达到了磁饱和状态。2.2.3磁特性曲线剩磁在材料达到饱和磁化后逐渐减小电流，则随着磁场强度H的减小感应强度B也随之降低，但这种变化并不沿着图中的“a-0”进行，而是沿着另一条路径，即图中的“a-b”变化。当电流降到零时，磁场强度H也为零，而磁感应强度B并不为零，而是保持着一定的值，即图中的”0-b”，这部分保留在材料中的磁性就叫做剩磁。矫顽力在磁场强度H为零后，如逐步增大反向电流，也就是施加反向磁场磁化，则图中的曲线就由b到c，在c点时，材料的磁感应强度B等于零，此时的磁场强度是0-c。“0-c”就叫矫顽力，用Hc表示，矫顽力要消除材料剩磁需施加的反向磁化力。反向剩磁和矫顽力如反向磁场超过c点继续增加时，磁感应强度就增加到反向饱和点d，若再次把反向磁场减小到零，则在e处得到了反向剩磁0-e，见图2－12，它也表示材料的剩磁大小